一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法，用高分子水溶性酚醛树脂、碱性固化剂、激光打标机以及可涂抹导电基底。本发明专利技术减少了电极制备时间，大大降低时间成本，并且所用原料价格极其低廉，制备方法简单易行。本发明专利技术制备的碳电极几乎不含有任何杂质，为高纯度的多孔碳结构。激光刻蚀可以选择多种多样的图形，不同的打标速度和功率，进而可以改变电极的循环伏安曲线，可以选择性制备需要的电极，制备的碳电极具有良好的峰电位差。由于高分子水溶性酚醛树脂固化前的流动特性，可以将其固化到在任意材料的基底上，且固化后的酚醛树脂膜还具有一定的柔性，这为制备柔性电极电路提供了可能。

A method for rapid manufacturing of high quality carbon electrodes by laser etching technology

The invention provides a method for rapidly making large quantities of high-quality carbon electrodes by laser etching technology, using macromolecule water-soluble phenolic resin, alkaline curing agent, laser marking machine and coating conductive substrate. The invention reduces the preparation time of the electrode, greatly reduces the time cost, and the price of the raw materials used is extremely low, and the preparation method is simple and easy. The carbon electrode prepared by the invention hardly contains any impurities, which is a porous carbon structure with high purity. Laser etching can select a variety of figures, different marking speed and power, and then change the cyclic voltammetry curve of the electrode. It can selectively prepare the required electrode, and the carbon electrode has good peak potential difference. Due to the flow characteristics of polymer water soluble phenolic resin before curing, it can be solidified on the substrate of any material, and the cured phenolic resin membrane has certain flexibility, which provides a possibility for the preparation of flexible electrode circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法
本专利技术涉及一种快速大量制备优质碳电极的方法，具体涉及用高分子水溶性酚醛树脂、碱性固化剂、激光打标机以及任意的可涂抹导电基底。
技术介绍
电极是电化学领域的核心，常用于制作电极的材料有铂、金、碳、汞等。其中铂电极作为最常用的一种电极材料，有着化学性质稳定，氢过电位小，且高纯度的铂容易得到，容易加工等优点。但是铂电极的机械强度低易变性，且价格非常昂贵。对于同铂一样的金属材料金而言，其作为固体电极最大的缺点就是硬度较低，难以进行有效封装，即电极制作麻烦，且金材料造价也很昂贵。而汞电极由于本身易于溶解，所以不适合用来观测电解液中化合物的氧化反应。综上所述，金属电极普遍具有价格高昂，制作困难的问题。因此，导电性较好，化学性质稳定的碳就被广泛用来替代贵金属作为电极材料使用。玻碳电极是使用最广泛的碳电极，但是玻碳电极每次使用之前都需要经过反复的打磨清洗和活化过程。其中任何一步出现问题，都会影响电化学过程的重现性。同时，在打磨清洗过程中，需要消耗大量的人力物力，例如使用大量的氧化铝等研磨剂，以及酸性活化电解液。打磨清洗电极所消耗的时间已经占用了电化学测试中的很大部分。同时，商品化的玻碳电极其价格仍不够低廉，尤其是在进行化学修饰电极测试过程中，难以进行大批次的多根电极对照实验。针对传统电极存在以上制造困难、价格昂贵、重现性低等问题，发展一种快速大量制备电极材料并解决传统电极缺点的技术显得尤为重要。激光-化学协同反应过程是国际上近年来新发展的制造功能材料的重要手段，其可用于制造各种超电容和电池材料。而激光的热刻蚀作用可以和聚合物的热化学转变过程相结合，形成具有多孔结构的玻璃态碳材料。因此，选择合适的前驱体以及适合功率和波长的激光，则可能将聚合物转化为具有优异电化学性能的碳电极。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用激光刻蚀技术快速大量制备优质碳电极的方法。本专利技术的技术方案：一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法，步骤如下：(1)将固化剂溶于乙醇中，超声至充分溶解，将固化剂和水溶性高分子酚醛树脂搅拌以混合均匀；其中，固化剂占水溶性高分子酚醛树脂质量分数的3％～30％；(2)将含有固化剂的酚醛树脂涂抹在导电基底上，并使之涂平，膜厚度为20～300微米；在不破坏酚醛树脂特性的温度条件下，干燥固化，使之固化充分；(3)将固化后的高分子酚醛树脂膜置于激光打标机下，选择合适的激光功率和图形进行激光刻蚀。所述的激光打标机选用的打标速度为0～4000mm/s、激光功率为0～100％、频率为1～20KHZ；刻蚀后即得到高纯度的优质碳电极。所述的固化剂为碱性化合物，具体为乌洛托品、碳酸钠、氨水、氢氧化钠或三乙胺。本专利技术的效果和益处：本专利技术利用激光刻蚀制备电极，为工业化大量快速低成本的制备优质碳电极提供了一种可行性的通用办法。一、本专利技术减少了电极制备时间，大大降低时间成本，并且所用原料价格极其低廉，制备方法简单易行。二、本专利技术制备的碳电极几乎不含有任何杂质，为高纯度的多孔碳结构，并且多孔碳包括微孔、中孔和大孔。三、激光刻蚀可以选择多种多样的图形，不同的打标速度和功率，进而可以改变电极的循环伏安曲线，可以选择性制备需要的电极，制备的碳电极具有良好的峰电位差，约60～80mv左右。四、由于高分子水溶性酚醛树脂固化前的流动特性，可以将其固化到在任意材料的基底上，如：木板、金属、氧化物膜等，且固化后的酚醛树脂膜还具有一定的柔性，这为制备柔性电极电路提供了可能。附图说明图1是柔性石墨基底碳电极示意图。图中：1柔性石墨基底(未涂抹酚醛树脂)；2酚醛树脂膜：3激光刻蚀的多孔碳电极。具体实施方式下面将结合附图和技术方案，进一步对本专利技术进行详细描述。一种利用激光刻蚀技术快速大量制备优质碳电极的方法，具体步骤如下：实施例1(1)使用CorelDRAW软件设计电极图案。(2)称取水溶性酚醛树脂5.66g，取0.453g乌洛托品于少量乙醇中，将溶于乙醇的乌洛托品与酚醛树脂混合，搅拌10分钟使之混合充分。(3)制取柔性导电基底。将压缩石墨纸粘到带有胶水的柔性耐热塑料膜上。随后将(2)制备的含有乌洛托品固化剂的水溶性高分子酚醛树脂均匀的涂抹在石墨纸上，膜厚度为50微米。(4)将涂有水溶性高分子酚醛树脂的石墨基底板放入烘箱中，80摄氏度干燥12小时，使酚醛树脂充分固化到导电基底上。(5)将固化后的酚醛树脂的石墨导电基底置于激光打标记下，使用打标速度为300mm/s、功率30％、频率15KHZ的激光进行激光刻蚀，得到峰电位差73mv的优质碳电极。实施例2(1)使用CorelDRAW软件设计电极图案。(2)称取水溶性酚醛树脂7.06g，取0.565g三乙胺于少量乙醇中，将溶于乙醇的三乙胺与酚醛树脂混合，搅拌15分钟使之混合充分。(3)将高分子石墨导电纸粘到带有胶水的PET塑料基底上。随后将(2)制备的含有三乙胺固化剂的水溶性高分子酚醛树脂均匀的涂抹在石墨纸上，膜厚度为75微米。(4)将涂有水溶性高分子酚醛树脂的石墨基底板放入烘箱中干燥固化，70摄氏度干燥18小时，使酚醛树脂充分固化到导电基底上。(5)将固化后的酚醛树脂的石墨导电基底置于激光打标记下，使用打标速度为400mm/s、功率35％、频率20KHZ的激光进行激光刻蚀，得到峰电位差80mv的优质碳电极。(6)重复步骤(5)将激光打标机设置为流水线工作，将导电基底置于滚动传送带上，即可快速大量制造优质碳电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将固化剂溶于乙醇中，超声至充分溶解，将固化剂和水溶性高分子酚醛树脂搅拌以混合均匀；其中，固化剂占水溶性高分子酚醛树脂质量分数的3％～30％；(2)将含有固化剂的酚醛树脂涂抹在导电基底上，并使之涂平，膜厚度为20～300微米；在不破坏酚醛树脂特性的温度条件下，干燥固化，使之固化充分；(3)将固化后的高分子酚醛树脂膜置于激光打标机下，选择合适的激光功率和图形进行激光刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种利用激光刻蚀技术快速大量制造优质碳电极的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将固化剂溶于乙醇中，超声至充分溶解，将固化剂和水溶性高分子酚醛树脂搅拌以混合均匀；其中，固化剂占水溶性高分子酚醛树脂质量分数的3％～30％；(2)将含有固化剂的酚醛树脂涂抹在导电基底上，并使之涂平，膜厚度为20～300微米；在不破坏酚醛树脂特性的温度条件下，干燥固化，使之固化充分；(3)将固化后的高分子酚醛树脂膜置于激光打标机下，选择合适的激光功率和图形进行激光刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶胜洋，刘峻伯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21